单相桥式PWM逆变电路 2

单相全桥逆变电路

——过程分析与仿真

学院：电气工程学院

班级：电自卓越111班

组员：康宁李健方浩刘文娣

目录

1.摘要 (3)

2.关键词 (3)

3.问题描述 (4)

4.分析计算.............................第5-7页

5.仿真分析.............................第8-13页

6.结论 (14)

7.心得体会 (14)

8.参考文献 (18)

摘要

逆变电路的应用十分广泛，在已有的各种电源中，蓄电池、干电池、太阳能电池等都是直流电源，当需要这些电源向交流负载供电时，就需要逆变电路。在我们学习电力电子的最后阶段，为了更加深入的理解与掌握逆变电电路及PWM 控制技术，现针对单相VSI与PWM控制逆变分别进行研究、仿真、分析。

关键词：单相电压型逆变电路(VSI) PWM控制极性控制方式 Simulink仿真频谱分析

1.问题描述

对图1.1单相全桥逆变电路进行分析，其中U d =600V,R=10Ω，L=0.1H ，根据该电路所给参数回答下列问题：

（1）电路采用180度导电方式，控制周期T C =20mS ，求)(o t u 、)(t i o ，并给出其频谱分布。

（2）采用SPWM 导电方式，f s =5000Hz ，u nef =2202sin （100πt ）,求)(o t u 、)(t i o 及其频谱分布。

2.分析计算 2.1基本原理

针对问题（1）：

单相全桥逆变电路的基本原理：主要由对角两组桥臂180°交替导通的控制方式，通过电压变向实现电流方向的交变（二极管在阻感负载时起续流作用）。分析计算时，我们将电路分作两个状态，即如图示：

图1.1单相逆变电

(1)负载端加正向电压；(2)负载端加正向电压；两状态都可以列出一阶微分

R

L u iR dt di L

o ==+τ;0

)

1(2

)

1(2t 02

2

222111τ

τττC C T t T t o o o o C C

o t

t o o o o C o e R

E

e

I i I i T t T E u e R E

e I i I i T E u --------=≤≤-=-+=≤≤=；解得：初值）、时（；解得：初值）、时（

稳态后电流连续)2

();(12

21C

o o C o o T i I T i I ==

且由以上可以推测21o o I I -=则

)1()2

(22112o 1o τ

τ

C C T T o C

o e R

E e

I T i I I ---+===-推得：2o 221o -11I e e R E I C

C T T =+-=--ττ

带入数据解得稳态后电流初值为727.271

1

601

1-=+-⨯--e e 则计算得到稳定后一个周期内

⎩⎨

⎧≤≤-≤≤=02

.001.060001.00600

t t u o ⎪⎩

⎪⎨⎧

≤≤--≤≤--=--

----02.001.0)1(60727.2701.00)1(60727.27-01.001.001.001.001.001.0t e e t e e i t t t t o 接着对

o

u 傅里叶分解进行谐波分析，因其是方波分解成

......)5sin 5

1

3sin 31(sin 4

+++t t t E ωωωπ 所以基波有效值为

19.5402

1200=π

电压谐波总畸变率为

%343.4819

.54019.540-60022u ==THD 可以看出电压谐波分量很大，那么电流中也

一定含有大量谐波。所以电压型逆变电路结构简单，方便可靠。但若想要在波形上与正弦电压得到更加接近，我们就可以考虑PWM 控制逆变。

针对问题（2）：

单相桥式PWM逆变电路的基本原理：

PWM调制电路图

在采样控制理论中有一个重要结论：冲量相等而形状不同的窄脉冲加在具有惯性的环节上时，其效果基本相同。

下面分析用一系列等幅不等宽的脉冲来代替一个正弦半波。图2-1可以看到把半波分成N等份，就可以把正弦半波看成N个彼此相连的脉冲序列组成的波形，然后把脉冲序列利用相同数量的等幅而不等宽的矩形脉冲代替，使它们面积相等，就可以得到脉冲序列。根据面积等效原理，PWM波形和正弦半波是等效的。

图

2-1用PWM波代替正弦半波

a）正弦半波b）脉冲序列

单相桥式PWM逆变电路的控制方法有计算法与调制法两种。但计算法所需时间长，即使采用规则采样法，计算能力不足时难以快速反应信号波，于是实际中多采用调制法，它的神奇之处在于自然采样法，只要有三角波这把量尺，自然的就为不同信号波“量身定做”它的脉冲序列。

(1)单极调制法

图2-2 单极性PWM 控制方式波形

负载为阻感负载时，工作时V 1和V 2通断互补，V 3和V 4通断也互补。

单极性PWM 控制方式（单相桥逆变）：在r u 和c u 的交点时刻控制IGBT 的通断， 波形见图2-2。具体控制规则我们会在仿真时进一步说明，这里只要看上图就能了解。

(2)双极调制法：采用双极性方式时，在r u 的半个周期内，+三角载波不再

是单极性，而是有正有负，所得的PWM 波也是有正有负。在r u 的一个周期内，输出的PWM 波只有 d U 两种电平不像单极性控制时还有零电平。在r u 的正负半周，对各开关器件的控制规律相同。即当r u >c u 时，1V 4V 导通，2V 3V 以关断，

r u

图2-3双极性PWM 控制方式波形

另外PWM 调制有载波比、调制度两个控制参数在之后的仿真中具体介绍。